惯性测量组合温度漂移误差补偿技术研究

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1、：？：．：：？－．；：；．．：１０１１０分类号ＳＶ２４１促２单位化巧＾３００６１０５学号；Ｓ１ｉ押讀謂纖抑ｉｂｉＬＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒ卿ＯｆＣｈｉｎａ全日制工程硕±学位论文：．＇：广；’：．：．，：中苗－１；＇ｒ：＇＇巧，Ｖ．惯性测量组合温度漂移误差补偿技术研究？：？／＾硕±研究生石雲文掠巧憶导教师秦丽教授李杰教擾’校外指导毅师郭利强｜＾原创性声明本人郑重声明：所呈交

2、的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行硏究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：石毯义日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部口送交学位论文的原件与复印件；②学校可ｌｉｉ、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文采用彩印；③学校可允许学位论

3、文被查巧或借阅；④学校可ａ学术交流为目的，复制巧送和交换学位论文；⑤学校可Ｗ公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后连签守此规定）。导名：若卷文日期：如兴心玉心师签名：日期：图书分类号V241.622密级非密注1UDC620硕士学位论文惯性测量组合温度漂移误差补偿技术研究石玺文指导教师（姓名、职称）秦丽教授李杰教授申请学位级别全日制工程硕士专业名称仪器仪表工程论文提交日期2016年5月25日论文答辩日期2016年5月26日学位授予日期年月日论文评阅人秦建敏史健芳张国军答辩委员会主席郭

4、利强2016年5月30日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类中北大学学位论文惯性测量组合温度漂移误差补偿技术研究摘要随着MEMS技术的不断应用和创新，MEMS惯性器件(加速度计和陀螺仪)及其组合MIMU(MicroInertialMeasurementUnit，微惯性测量单元)以其尺寸小，功耗低，重量轻等优点广泛地应用于军事领域和诸多民用领域。然而由于MEMS惯性器件测量电路是由对温度较敏感的硅材料组成的，因此应用环境的温度变化对其测量会产生较大的影响。温度漂移误差是影响MEMS惯性器件测量精度的主要因素之一，如何减

5、小这类误差成为亟待解决的问题，目前采用的方法主要归结为两种：硬件控制和软件补偿。本课题以MIMU为研究对象，对其温度漂移误差进行分析、测试和建模，最终进行补偿，具体从以下几个方面论述：首先，针对硅微机械振动陀螺仪和梳齿状电容式微加速度计，分析其组成结构、运动力学特性及工作原理，在此基础上阐述温度误差的产生机理，包括温度变化造成的谐振频率、品质因数、机械灵敏度等性能参数的变化，最终影响到零偏和标度因数的漂移，为温度建模补偿提供依据。其次，MIMU的标定是进行误差建模工作的基础，分析温度漂移误差是在标定的前提下进行的。通过标

6、定建立MIMU的误差数学模型，设计合适的试验确定模型的零偏、标度因数和安装误差系数等24个参数，建立MIMU的加速度测量值a、角速率测量值w与输出电压值U的关系，为后续温度误差的分析建模和补偿研究奠定理论基础。最后，通过温度试验分析零偏和标度因数、安装误差系数等24个参数的温度特性，建立MIMU的温度误差补偿模型，即采用软件补偿的方案对MIMU的输出进行补偿，补偿思想是将MIMU的加速度测量值a、角速率测量值w与零偏、标度因数、安装误差系数以及输出电压值U统一建立温度补偿关系。试验结果证明了MIMU的误差补偿模型可以有效

7、地减小MIMU在变温环境下加速度和角速率测量误差。关键词：MEMS惯性器件，惯性测量组合，数学模型，温度补偿中北大学学位论文ResearchonCompensationTechnologyaboutMIMUTemperatureDriftErrorAbstractWiththecontinuousapplicationandinnovationofMEMStechnology,MEMSinertialdevicessuchasaccelerometers,gyroscopesanditscombinationsMIMUa

8、rewidelyusedinmilitaryandmanycivilianfieldsduetoitsadvantageofsmallsize,lowpowerconsumptionandlightweight.However,sinceMEMSinertialdeviceismadeofthesiliconmate